《计算机数控系统》PPT课件

1,计算机数控系统,2,一、CNC系统的组成,从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置（轨迹）、速度（还包括电流）控制系统，其本质上是以多执行部件(各运动轴)的位移量、速度为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。,3,CNC装置的组成和工作原理,4,硬件结构:CPU，存储器，总线、外设等。软件结构：是一种用于零件加工的、实时控制的、特殊的（或称专用的）计算机操作系统。,5,3、简要工作过程：1）输入：输入内容零件程序、控制参数和补偿数据。输入方式穿孔纸带阅读输入、磁盘输入、光盘输入、手健盘输入，通讯接口输入及连接上级计算机的DNC接口输入2）译码：以一个程序段为单位，根据一定的语法规则解释、翻译成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用区内。3）数据处理：包括刀具补偿，速度计算以及辅助功能的处理等。,6,4）插补：插补的任务是通过插补计算程序在一条曲线的已知起点和终点之间进行“数据点的密化工作”。5）位置控制：在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给伺服电机。6）PLC处理：处理CNC装置与机床之间的信息。7）显示：零件程序、参数、刀具位置、机床状态等。8）诊断：检查一切不正常的程序、操作和其他错误状态。,7,8,CNC系统的功能1）基本功能控制功能G功能插补功能主轴功能M功能刀具功能补偿功能显示功能,9,2）先进功能模拟加工功能监测和诊断功能动力刀具和C轴功能虚拟轴功能DXF图形文件支持功能循环加工功能测量检验功能自适应控制功能,10,二、CNC装置的软件结构,11,1、软件结构特点,1.CNC装置软件硬件的界面,12,VS,VS,2.系统软件的内容及结构类型系统软件的组成：（管理和控制）管理部分：输入、I/O处理、通讯、显示、诊断以及加工程序的编制管理等程序。控制部分：译码、刀具补偿、速度处理、插补和位置控制等软件。管理方式：单微处理机数控系统：前后台型和中断型的软件结构。多微处理机数控系统：将微处理机作为一个功能单元,13,3.多任务并行处理（1）CNC装置的多任务性,CNC装置软件任务分解软件任务的并行处理,14,VS,VS,（2）并行处理并行处理：是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。并行处理的优点是提高了运行速度。并行处理的分类：“资源重叠的流水处理”和“资源分时共享”资源共享：根据“分时共享”的原则，使多个用户按时间顺序使用同一套设备。时间重叠：根据流水线处理技术，使多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用同一套设备的几个部分。,15,VS,VS,1）资源分时共享并行处理（对单一资源的系统）在单CPU结构的CNC系统中，可采用“资源分时共享”并行处理技术。资源分时共享在规定的时间长度（时间片）内，根据各任务实时性的要求，规定它们占用CPU的时间，使它们分时共享系统的资源。“资源分时共享”的技术关键：其一：各任务的优先级分配问题。其二：各任务占用CPU的时间长度，即时间片的分配问题。,16,17,VS,VS,资源分时共享技术的特征,在任何一个时刻只有一个任务占用CPU；在一个时间片（如8ms或16ms）内，CPU并行地执行了两个或两个以上的任务。因此，资源分时共享的并行处理只具有宏观上的意义，即从微观上来看，各个任务还是逐一执行的。,18,VS,VS,流水处理技术的涵义,流水处理技术是利用重复的资源（CPU），将一个大的任务分成若干个子任务(任务的分法与资源重复的多少有关)，这些小任务是彼此关系的，然后按一定的顺序安排每个资源执行一个任务，就象在一条生产线上分不同工序加工零件的流水作业一样。,19,流水处理技术示意图,20,VS,VS,4.实时中断处理（1）CNC系统的中断类型1）外部中断：纸带光电阅读机中断，外部监控中断和键盘操作面板输入中断。2）内部定时中断：插补周期定时中断和位置采样定时中断。3）硬件故障中断种硬件故障检测装置发出的中断。4）程序性中断程序中出现的异常情况的报警中断。（2）CNC系统中断结构模式1）前后台软件结构中的中断模式2）中断型软件结构中的中断模式,21,三、CNC系统的硬件构成,22,1、CNC系统的外部硬件构成从CNC系统的外部硬件构成上看，一般可以分为键盘、显示器、主机单元、控制单元和功率模块几个部分。,23,CNC装置的体系结构分为：单微处理机和多微处理机系统，中高档的CNC装置以多微处理机结构为多。单微处理机结构:见下图多微处理机CNC装置的结构：分为紧耦合和松耦合紧耦合主要指共享总线、共享存储器；松耦合主要有分布式结构,2、CNC装置的体系结构,24,单微处理器硬件结构图,25,单微处理机数控装置:是以一个CPU（中央处理器）为核心，CPU通过总线与存储器和各种接口相连接，采取集中控制、分时处理的工作方式，完成数控加工各个任务。单微处理机结构：微处理器、存储器、总线、接口等。接口包括I/O接口、串行接口、CRT/MDI接口、数控技术中的控制单元部件和接口电路，如位置控制单元、可编程控制器（PC）、主轴控制单元、穿孔机和纸带阅读机接口，以及其它选件接口等。1.微处理器和总线微处理器：运算、控制总线：CPU与各组成部件、接口等之间的信息公共传输线，包括控制、地址和数据三总线。2.存储器只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）它们的用途：,单微处理机数控装置的硬件结构,26,只读存储器（ROM）：系统程序随机存储器（RAM）：运算的中间结果、需显示的数据、运行中的状态、标志信息CMOSRAM或磁泡存储器：加工的零件程序、机床参数、刀具参数3.位置控制单元对数控机床的进给运动的坐标轴位置进行控制（包括位置和速度控制）。（对主轴的控制一般只包括速度控制）C轴位置控制：包括位置和速度控制刀库位置控制（简易位置控制）进给轴位置控制的硬件：大规模专用集成电路位置控制芯片、位置控制模板。,27,多微处理机数控装置的硬件结构,VS,VS,1.多微处理机CNC装置的典型结构总线互联方式，典型的结构:共享总线型、共享存储器型及混合型结构。（1）功能模块1）CNC管理模块2）存储器模块3）CNC插补模块4）位置控制模块5）操作控制数据输入、输出和显示模块6）PLC模块,28,VS,VS,（2）共享总线结构结构与仲裁主模块与从模块总线仲裁及其方式：串行方式和并行方式串行总线仲裁方式：优先权的排列是按链接位置确定。并行总线仲裁方式：专用逻辑电路，优先权编码方案模块之间的通讯：公共存储器总线：STDbus（支持8位和16位字长）Multibus（型支持16位字长，型支持32位字长）S-100bus（可支持16位字长）VERSAbus（可支持32位字长）VMEbus（可支持32位字长）